感性負載電路的試驗分析與設(shè)計

王震 唐力軍

中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089

引言

通常情況下，一般把負載帶電感參數(shù)的負載，稱為感性負載。通俗地說，即應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制作的大功率電器產(chǎn)品，這類產(chǎn)品在啟動時需要一個比維持正常運轉(zhuǎn)所需電流大得多（大約在3～7倍）的啟動電流[1]。此外，由于感性負載在接通電源或者斷開電源的一瞬間會產(chǎn)生反電動勢電壓，這種電壓的峰值遠遠大于交流供電器所能承受的電壓值，很容易引起產(chǎn)品的瞬間超載，從而影響產(chǎn)品的使用壽命，反電動勢一般出現(xiàn)在電磁線圈中，如電磁閥、電動機等。只要存在電能與磁能轉(zhuǎn)化的電氣設(shè)備，在斷電的瞬間，均會有反電動勢，文獻[2]和[3]雖闡述了感性負載干擾發(fā)生的機理，討論了抑制性負載干擾的原理、措施及仿真并提出了設(shè)計方案。但并未闡述實際工作中如何應(yīng)用設(shè)計。

本文基于地面試驗為基礎(chǔ)，通過出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，進行相應(yīng)的試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行詳細分析，最終確定為未完全考慮實際工作現(xiàn)場的接入感性負載的數(shù)目，未正確控制反電動勢，從而造成上級控制該設(shè)備的按鈕開關(guān)頻繁燒結(jié)的故障原因。

1 問題的提出

某型設(shè)備在做試驗時，發(fā)現(xiàn)某型按鈕開關(guān)一個7A的觸點出現(xiàn)頻繁燒結(jié)現(xiàn)象，并在相同設(shè)備上進行了故障復(fù)現(xiàn)。

2 某型按鈕開關(guān)試驗分析

2.1 某型按鈕開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

具體結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。

圖1 某型按鈕開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

2.2 試驗一

試驗?zāi)康模簻y試在部分系統(tǒng)工作情況下，進行不帶載通斷和帶載通斷時通過開關(guān)的電流。

2.2.1 設(shè)備連接示意圖

試驗用到的主要設(shè)備為：示波器、交直流電流傳感器、電源、按鈕開關(guān)開關(guān)；設(shè)備連接如圖2所示。

圖2 試驗設(shè)備連接框圖

2.2.2 試驗方法

由于某型設(shè)備電磁閥工作順序為：1和4、2和3，每組間隔為220ms，按鈕開關(guān)兩組觸點有效閉合的同步時間不超過70ms，因此在按鈕開關(guān)有負載電流通過時，可以完全保證按鈕開關(guān)兩組觸點已經(jīng)有效閉合。

a) 不帶載通斷試驗

按下按鈕開關(guān)后保持至少5S，以確保按鈕開關(guān)斷開觸點時無大電流通過。

b)帶載通斷試驗

按下按鈕開關(guān)后在180ms內(nèi)松開開關(guān)，使按鈕開關(guān)帶載斷開觸點。

2.2.3 試驗數(shù)據(jù)：典型電流波形如圖3所示。

表1 試驗數(shù)據(jù)

圖3 典型電流波形

2.2.4 試驗結(jié)果

經(jīng)過8次5S以上的不帶載斷開試驗和2次帶載斷開試驗，按鈕開關(guān)未燒結(jié)。

2.2.5 試驗結(jié)論

在兩路觸點完全接觸后，按鈕開關(guān)可以承受較大負載電流（遠超過14A的額定負載電流）。

2.3.試驗二

試驗?zāi)康模簻y試在所有系統(tǒng)工作情況下，進行不帶載通斷和帶載通斷時通過開關(guān)的電流。

2.3.1 設(shè)備連接示意圖

試驗用到的主要設(shè)備為：示波器、交直流電流傳感器、電源、按鈕開關(guān)開關(guān)；設(shè)備連接如圖4所示。

2.3.2 試驗方法

同2.2.2條。

2.3.3 試驗數(shù)據(jù)：典型電流波形分析如圖5、6所示。

圖4 試驗設(shè)備連接框圖

表2 試驗數(shù)據(jù)

圖5 不帶載典型電流波形

圖6 帶載燒結(jié)電流波形

2.3.4 試驗結(jié)果

按鈕開關(guān)燒結(jié)：第11次試驗時，B與D針短路，按鈕開關(guān)燒結(jié)。

圖7 更改前

圖9 更改后

2.3.5 試驗結(jié)論

在按鈕開關(guān)通有大負載電流時斷開，可能會導(dǎo)致觸點燒結(jié)。

2.4 某型按鈕開關(guān)試驗

a) 試驗部件：按鈕開關(guān)中7A的微動開關(guān)；

b) 試驗電流：15A、25A、45A；

c) 試驗時間：2S、5S；

d) 試驗過程：不帶載通斷、帶載通斷。

2.4.1 試驗電路連接圖

圖8 試驗電路圖

2.4.2 試驗結(jié)果

a)不帶載通斷:

15A、45A負載持續(xù)2S、5S各20次，未燒結(jié)。

b)帶載通斷

15A、25A、45A負載，持續(xù)2S，每次開關(guān)均燒結(jié)。

2.4.3 試驗結(jié)論

某型按鈕開關(guān)無法支持大負載時通斷。

3 故障分析

經(jīng)以上某型設(shè)備部分系統(tǒng)工作和全部系統(tǒng)工作，對按鈕開關(guān)不帶載和帶載開/關(guān)試驗及按鈕開關(guān)內(nèi)一個7A紐子開關(guān)不帶載和帶載開/關(guān)試驗；證明：按鈕開關(guān)燒結(jié)故障是由于按鈕開關(guān)在較大工作電流下開/關(guān)時，開關(guān)觸點拉弧融化引起的。

4 改進措施

經(jīng)以上試驗數(shù)據(jù)分析，結(jié)合原電磁閥設(shè)計電路（如圖5），在不對某型設(shè)備進行大的更改時，在原電磁閥電路中串聯(lián)一只1歐的大功率限流電阻，當(dāng)正常電流通過時，此壓降很小，不會影響電路的正常工作，當(dāng)大電流通過時，則會吸收一部分能量，從而降低對上級開關(guān)的影響，更改后的電路圖(如圖6)。更改后，經(jīng)試驗及設(shè)備通電驗證，此按鈕開關(guān)故障排除。

5 結(jié)語

通過本次試驗分析，對于繼電器類開關(guān)來說，在斷電瞬間，反電動勢會在開關(guān)的觸點之間產(chǎn)生火花，能造成觸電燒蝕，而克服反電動勢最簡單有效的方法，是在線圈兩端反向并聯(lián)一支二極管，當(dāng)產(chǎn)生反電動勢時，電流通過二極管釋放，從而保護控制元件，若多個感性負載同時工作時，就應(yīng)在電路中串聯(lián)一個電阻和分級控制的方式，起到吸能、分能的作用，更要準(zhǔn)確確定感性負載的參數(shù)[4]和直流電阻[5]。最后，我們注意從下級設(shè)備的工作情況、負載屬性以及與以前設(shè)備的工作方式、數(shù)量之間的區(qū)別，快速、簡潔地分析出上級控制元件的燒結(jié)原因，并提出改進方法。

[1]崔宇.針對感性負載高壓設(shè)備一次元件選型及采取的措施[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月），2009，28（9）：132-132.

[2]張圣元、楊文杰、鄒濤.感性負載對機載電子設(shè)備的干擾及抑制措施研究[C]//中國航空學(xué)會.中國航空學(xué)會航空電氣工程第四屆學(xué)術(shù)年會論文集.銀川：中國航空學(xué)會，2001.08:34-37.

[3]秦文娟，王海波.導(dǎo)彈感性負載驅(qū)動電路浪涌防護技術(shù)[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2008，24（8）：09-12.

[4]彭君如.感性負載參數(shù)的測定[J].河南教育學(xué)院學(xué)報，2003,12（2）：35-36.

[5]李維波，李啟炎，王宇，張東輝.電力系統(tǒng)中感性負載直流電阻智能化測試儀的研制與探討[J].電測與儀表，2001，38（5）：12-15.